造纸工业节水措施的探讨

造纸工业节水措施的探讨

1我国水资源及造纸工业发展现状邓节约是纸业循环经济的重要因素。我国造纸工业“十五”规划中指出:“新建厂必须采用节约用水措施,严格执行国家经贸委对用水量的新规定,废水污染物排放量达到国家排放标准。老企业要大力推广节水工艺和设备,降低用水量。”以邓我国是一个“贫水国”,水资源人均占有量2100米3,约为世界人均占有量的1/4。水资源环境已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。据有关报道,2003年全国有40%城市经常缺水,随着经济的持续发展,水资源供需矛盾将更加突出。以邓造纸工业是用水大户,排在火电、纺织之后占全国工业取水量的第3位,1999年取水量达59.3亿米3。就排水的污染负荷总量来说,造纸工业大于火电及纺织业,成为水域的主要污染源之一。根据国家经贸委工业节水“十五”规划要求,2005年造纸工业取水量应控制在55.6亿米3之内,年平均下降1.3%,这是很必要的,因此,造纸工业必须把节约用水作为持续发展的一项重要任务,采取切实措施减少单位产品的清水用量及耗用清水总量。2造纸工业水资源污染严重以邓从2000年中国环境统计年报看,县及县以上造纸及纸制品工业废水排放35.3亿米3,占全国工业总排放量的18.2%,其中达标排放量仅19亿米3,占造纸总排放量的53.8%,排放废水化学耗氧量(COD)287.7万吨,约占全国工业总排放量的40.8%,是对水资源污染最重的行业。以邓就行业的总体而言,我国造纸工业的用水状况仍然是高消耗、低效率、重污染,与我国水资源条件极不适应,也是行业跨进21世纪所面临的严峻挑战之一。所以,我们必须把节水工作看作是造纸工业能否实现可持续发展的一件大事。企业要提高认识,强化管理,积极采用先进的节水技术和装备,认真贯彻“节流优先,治污为本,提高用水效率”的方针,降低清水耗用量。3铸造产品的取水定额gb/t198以邓2000年,在国家经贸委领导下,组织制订了《造纸产品的取水定额》(GB/T18196),已于2002年12月20日由国家质量监督检验检疫总局发布,并于2005年1月1日起实施。定额指标见表1。4纸浆单位用量下降,纸纸原料近3.以邓我国造纸业耗水量大,与造纸发达国家相比差距很大。以邓欧洲近20多年来重视环境保护。据统计,欧盟各国造纸工业每吨纸平均用水量从1976年的100米3下降到2000年的40米3,减少了60%,达到产量增加,清水用量减少,废水污染减轻。以邓2001年,德国造纸协会调查了100家造纸厂的用水情况,这些厂合计纸及纸板产量1470万吨,占全国产量的82%,每吨纸的用水量从1976年的36米3下降到2000年的11.2米3。瑞典目前造纸厂的典型耗水量为:新闻纸5～15米3/吨、不含磨木浆高级纸5～10米3/吨,箱纸板和瓦楞原纸2～8米3/吨,SC纸10～15米3/吨,LWC纸10～20米3/吨。以邓美国和加拿大近年来亦很重视节水。美国1959年每吨漂白硫酸盐木浆耗水量240米3,至1988年下降到72米3;1992年对新建、改建的纸浆厂每吨浆设计用水量指标下降到36米3;新闻纸厂吨纸用水量十多年前普遍在50～60米3,而目前用废纸为原料的新闻纸厂吨纸用水量下降到20米3以内。1996年Beak及NASCI咨询公司对美国和加拿大25家采用封闭循环用水的大中型纸厂进行调查,每吨纸板用水量为2.5～8米3,平均4.1米3,已有两家达到废水零排放。以邓我国2000年规模以上造纸企业纸及纸板产量3513万吨,县及县以上造纸企业排放废水共35.3亿吨,如按此推算,每吨纸的耗水量为100米3,相当于欧洲1976年的水平,为2000年欧洲造纸业吨纸平均耗水量的2.5倍和德国的9倍。如果加上耗水量更大、污染更重的小纸厂的用水,则吨纸清水用量约达180米3,与国外同行业相比差距更大。5在保持经济增长的同时,发展高效节水型产品以邓长期以来,我国造纸工业存在企业规模小、木浆比重小、中高档产品比例小和环境污染大的“三小一大”矛盾,制约了造纸工业的发展。近年来,通过不断进行技术改造,引进国外先进技术和装备而有所改善,并涌现了一批现代化的生产线,不少企业单位产品用水量达到或接近国际先进水平。例如,山东日照森博和广西南宁凤凰漂白硫酸盐法化学木浆耗水量为45～60米3/吨浆,山东华泰、河南银鸽漂白硫酸盐法麦草浆的耗水量为110～130米3/吨浆,上海泛亚、福建南纸新闻纸耗水量为11～12米3/吨纸,金东(江苏)纸业和芬欧汇川(常熟)纸业高级纸耗水量为10米3/吨纸,宁波中华纸业涂布白纸板耗水量为15.7米3/吨纸,天津市万利天然纤维薄膜有限公司以全废纸生产B级高强瓦楞原纸耗水量为2.8～3米3/吨纸等。以邓但是,还有大量小型制浆造纸厂技术装备落后,产品质量较差,单位产品耗水量大,浪费现象严重。其中小草浆造纸厂吨纸耗水达400米3,小废纸造纸厂吨纸耗水达150～200米3。以致据有关部门统计:1999年全国浆纸综合平均每吨产品的耗水量接近200米3,其中化学浆为190米3/吨,化学草浆为270米3/吨,纸及纸板为70米3/吨,与国内先进企业的差距很大。以邓这充分说明了必须进一步调整产业结构,方能使造纸业持续发展,达到节约用水和降低废水污染负荷的目的。近十年来,各省造纸业进行产业结构调整已初见成效,但尚任重道远,需继续努力。例如,山东省自1995年以来,关闭了400多家小草浆造纸厂,采取集中制浆,大力发展50～130吨/日草浆碱回收,达到碱回收率70%～80%;“十一五”期间,考虑麦草收购的合理半径和进一步节水,原则上规划每市保留一二个麦草浆生产企业,生产印刷书写纸和高强瓦楞原纸等品种。以邓又如江苏省,近年来大力吸收外资,促进了造纸业的结构调整和技术改造,关闭了几百家污染严重的小纸浆造纸厂。全省现有造纸企业72家,2004年共生产纸及纸板508万吨,企业平均规模7万吨/年。原料用量中木浆占26.4%,废纸占46.7%,草浆占16.9%;中高档产品占80%,具有较强的竞争力。不少先进企业节水效果显著,但发展尚不平衡。该省规划到2010年,所有以商品木浆为原料的造纸企业吨纸耗水量≤12米3,以废纸为原料的企业吨纸耗水量≤15米3,以草浆为原料的企业吨纸耗水量≤150米3,并且全部企业都必须达标排放。6新纸浆生产技术措施6.1月不同黑液提取率试验以邓国外木浆的粗浆洗涤常用压力洗浆机多台串联和筛选设备组成封闭的洗涤筛选系统,以提高效率,节约用水。非木材纤维洗浆通常用鼓式洗浆机串联逆流洗涤。新一代平面阀波纹板洗浆机用于粗浆黑液提取,3台串联或4台串联运行,单位面积纸浆负荷:麦草浆1.8～2.2吨/米2·日,芦苇浆、蔗渣浆2.5～3吨/米2·日;黑液提取率:麦草浆80%～85%,芦苇浆、蔗渣浆85%～90%,黑液浓度6～9°Be′。有些草类制浆企业,如山东太阳纸业,在鼓式真空洗浆机之前加设挤浆机,实现挤压与扩散置换洗涤相结合,对提高黑液提取率、节水和节能有良好的效果。以邓传统的粗浆洗涤和筛选是两个独立单元,清水分别加入各自系统。筛浆机是低浓常压筛,例如CX筛进行开式筛选。新的洗筛流程是把两者结合起来,筛选机置于最后一台洗浆机之前,采用中浓压力筛进行封闭式热筛选,清水从最后一台洗浆机加入,进行逆流洗涤。见图1。以邓根据山东华泰、临清银河、武汉晨鸣、河南漯河银鸽等纸业公司的草浆生产线运行经验,采用封闭式洗涤筛选系统节水效果显著,生产1吨未漂风干浆节水约60米3。包括漂白在内的清水耗用量,据华泰纸业实测为110米3/吨浆,与传统的洗、筛、漂相比,节水超过100米3/吨浆。6.2ecf叶片-干法双漂洗浆生产现代纸浆厂的清水量,主要用于漂白系统的洗浆。因此合理回用各段洗浆滤液逆流使用,是浆厂节水的关键,同时亦可节省漂剂用量。典型的ECF三段漂白和四段漂白的漂白滤液逆流使用,使每吨浆的清水用量分别减少至16米3/吨风干浆和14.1米3/吨风干浆。ECF四段漂白的洗浆流程见图2。我国近年建设的日照森博、南宁凤凰等均采用类似流程,显著节约了清水用量,减轻了废水的污染负荷。7新纸利用技术措施7.1纸机节约水处理系统以邓造纸机耗水量大,充分循环回用纸机白水,形成封闭循环回用水系统是纸机节约用水的主要技术措施。当前现代化的造纸厂除了生产工业技术用纸和特种纸外,每吨纸的清水用量介于2～20米3之间。国外各主要纸种1971年和2000年清水用量比较见表2。7.1.1回收纤维、溢流水的过滤系统以邓稀白水循环回用,必须先经白水处理设施回收绝大部分细小纤维和填料,将固形物分离出来。分离装置按其机理分为过滤式、沉淀式和气浮式三种;从设置地位分,分为厂外处理和就地处理两种。需根据产品种类、纸质要求和原料品种而异。对于采用100%废纸制造多层纸板,北美大多采用厂外处理的一级澄清池处理多余白水,沉淀的短纤维可用作芯浆配料,澄清水回用于纸机喷水,必要时还需经小型气浮装置处理部分澄清水,以提高水质,使能适用于高压喷水等。对用机械浆、化学浆或脱墨浆抄造新闻纸、印刷书写纸等大型纸机,常用多盘式过滤机回收纤维,回用于纸机配料,过滤水需再经气浮装置处理后回用于封闭水系统。国外所谓微型纸厂(指日产量≤100吨),采用白水回收塔回收纤维和填料,连续回用于配浆;溢流水再经气浮处理,可回用于封闭水系统。生产小型固液分离设备有筛滤机(strainer)、微型过滤机(microsorter)等,筛孔为0.10～0.15毫米,常设在纸机白水循环系统中净化回用水,如设在真空泵密封水前、毛布吸水箱后等。生产10年前,美国KADANTAES公司开发出一种称为PetaxTM细粒过滤系统(finefiltrationsystem)的白水过滤装置,是一种集圆网过滤机与盘式过滤机于一体的独特装置,已在北美风行。其外形与圆网过滤机相似,网笼内设有4、8、12或16个用来过滤细粒的转盘。生产进入的白水经网笼过滤后,滤液经表面有筛网及过滤介质的旋转式过滤盘精滤,滤液从空心轴排入贮存槽,其1～20微米大小的细粒沉积于转盘表面而被分离出来,使进水固含量在高达2000毫克/升下亦能正常运行。经初步澄清白水固含量在100～200毫克/升,再经此系统处理后,滤液的固含量通常可降至0～20毫克/升,适于纸机网部高压冲水及压榨部喷淋水等应用。以邓沉积在圆盘表面的固形物经三步清除,第一步用清除装置刮除,第二步反冲过滤介质,第三步用高压水冲洗过滤层表面,以保持筛网及滤层清洁,提高过滤效率。实际运行的过滤效率示例如下:新闻纸白水回收塔溢流水,进过滤机TSS为82毫克/升,出过滤机TSS为2毫克/升,过滤效率97.6%;高级纸白水回收塔溢流水,进水87毫克/升,出水10毫克/升,过滤效率88.5%;牛皮包装纸吸水箱吸出水,进水142毫克/升,出水10毫克/升,过滤效率93%。7.1.2喷淋用水要求及水源以邓纸机湿部喷淋用水水质大致可分为三种,清水TSS<20毫克/升,气浮澄清水或筛滤设备的过滤水TSS<100毫克/升及循环回用水TSS<200毫克/升,仅很少部位必须用清水。现化化纸机喷淋用水要求及水源见表3。以邓现代化造纸机循环用水系统如图3所示。7.1.3特点三—福去除水中有害物质以邓生产过程中的有害物质来源于浆料、废纸、胶料、填料和各种化学助剂中的非离子型、阴离子型溶解物和胶体物质等,是微生物的良好养料。在纸机实现不同程度的封闭循环用水时,有害物质的浓度增高,加上水温上升,会繁殖大量细菌,产生腐浆、泡沫和色斑等,不但影响纸机运行性能,而且能吸附在纤维和填料上,影响纤维间的结合力和纸张白度等。水中溶解的无机盐的浓度也会随封闭循环程度的提高而增高,可能逐渐沉析积垢,导致腐蚀设备和管路、堵塞喷水孔,降低纸机运行效率。以邓这是纸机封闭循环水系统的主要问题和障碍,因此,在采用封闭循环时,必须先除去此类有害物质。当前先进的处理方法有以下几种:7.1.3.甲烷气体回收能量以邓近年来发展的厌氧处理与好氧处理相比,能使有机物更有效地降解,所产生的污泥量仅为好氧处理的1/10,还可产生甲烷气体回收能量。厌氧处理后随之以好氧处理,把两种生化处理结合起来,BOD的去除率可达95%～99%,COD的去除率亦可望达到90%,决定于化学耗氧物质中生物可降解物质的含量。在生化处理过程中产生的污泥内,可除去相当程度的溶解的无机物,如钙及硫酸盐等。7.1.3.超滤和反渗透过滤以邓膜过滤装置可净化生产过程用水或在涂料制备废水中回收昂贵物质如颜料、胶乳等。这种过滤膜像分子筛一样工作,因而经处理后的水质决定于膜的性能。按照需要除去的粒子截面大小来分,过滤膜装置分类如表4。以邓过滤膜可制成各种形状,如管式、板式或框架式、空心纤维状、叠片或螺旋形缠绕装置。如用超滤或反渗透,过滤膜材料亦可充填。处理造纸用水时通常采用交叉流动原理来避免堵塞或膜上吸附胶体层,并需进行周期性或连续清洗。对输入的水进行预处理,如微滤是必要的;对输入水经纳米过滤,特别是反渗透的水常经超滤预处理。既然输入水经过了预处理并定期清洗,过滤膜每隔1～5年必须更换。处理时的比电能消耗为0.5～5千瓦时/米3。通电量及过滤后的水质取决于过滤膜的型式和输入的水质。COD去除率决定于大分子和胶体物质的含量,对纸机循环水用超滤处理通常能除去COD20%～40%,但纳米过滤可达90%。纳米过滤或反渗透还能在一定程度上降低水中离子的含量。7.1.4废水零排放技术以邓在特定的条件下,高度封闭的纸机循环用水几乎可以全部循环回用,甚至可达到零排放。也就是说每吨纸补充的清水量<2米3,约相当于造纸过程中被蒸发掉的水量。以邓例如,德国帕尔姆(Palm)公司2003年建的沃尔特(Worth)纸厂以100%废纸为原料,年产60～150克/米2挂面纸板60万吨。该厂位于莱茵河畔,为符合当地政府严格的废水排放标准,决定采用零排放技术。全部生产过程用水经处理后循环回用,达到每吨纸板耗用清水仅1.5米3,用于补充纸板烘干时的蒸发水量。污水采用厌氧—好氧和沉淀处理后回用,其规模相当于净化一个有百万居民的城市污水处理厂。以邓又如欧洲有家建于50年代的造纸厂,为了提高竞争能力并适应当地政府日益严格的环保要求,经过5次技术改造,发展为用全废纸生产挂面白纸板,日产量1200吨。生产过程用水实行封闭循环系统,并经过一级气浮、UASB厌氧反应器处理,再经活性污泥处理,